單片機(jī)課程設(shè)計數(shù)字電壓表(共16頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上單片機(jī)課程設(shè)計 電壓表的設(shè)計學(xué)院：信子信息工程學(xué)院專業(yè)：電子信息工程技術(shù)班級：電子信息工程技術(shù)二班 學(xué)號：* *姓名： * *目錄專心-專注-專業(yè)1 引言在電量的測量中，電壓、電流和頻率是最基本的三個被測量，其中電壓量的測量最為經(jīng)常。而且隨著電子技術(shù)的發(fā)展，更是經(jīng)常需要測量高精度的電壓，所以數(shù)字電壓表就成為一種必不可少的測量儀器。數(shù)字電壓表簡稱DVM，它是采用數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。由于數(shù)字式儀器具有讀數(shù)準(zhǔn)確方便、精度高、誤差小、測量速度快等特而得到廣泛應(yīng)用1。 傳統(tǒng)的指針式刻度電壓表功能單一，進(jìn)度低，容易引起視差和

2、視覺疲勞，因而不能滿足數(shù)字化時代的需要。采用單片機(jī)的數(shù)字電壓表，將連續(xù)的模擬量如直流電壓轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的離散的數(shù)字形式并加以顯示，從而精度高、抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)、集成方便，還可與PC實時通信。數(shù)字電壓表是諸多數(shù)字化儀表的核心與基礎(chǔ)2。以數(shù)字電壓表為核心，可以擴(kuò)展成各種通用數(shù)字儀表、專用數(shù)字儀表及各種非電量的數(shù)字化儀表。目前，由各種單片機(jī)和A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表作全面深入的了解是很有必要的。最近的幾十年來，隨著半導(dǎo)體技術(shù)、集成電路（IC）和微處理器技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電路和數(shù)字化測量技術(shù)也有了巨大的進(jìn)步，從而促使了數(shù)字電壓表的快速發(fā)展，并不斷出現(xiàn)新的類型4。數(shù)字電壓表從1952年問世以來，

3、經(jīng)歷了不斷改進(jìn)的過程，從最早采用繼電器、電子管和形式發(fā)展到了現(xiàn)在的全固態(tài)化、集成化（IC化），另一方面，精度也從0.01%-0.005%。目前，數(shù)字電壓表的內(nèi)部核心部件是A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換的精度很大程度上影響著數(shù)字電壓表的準(zhǔn)確度，因而，以后數(shù)字電壓表的發(fā)展就著眼在高精度和低成本這兩個方面3。本文是以簡易數(shù)字直流電壓表的設(shè)計為研究內(nèi)容，本系統(tǒng)主要包括三大模塊：轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊及顯示模塊。其中，A/D轉(zhuǎn)換采用ADC0808對輸入的模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，控制核心AT89C51再對轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算處理，最后驅(qū)動輸出裝置LED顯示數(shù)字電壓信號2設(shè)計原理及要求本設(shè)計是利用單片機(jī)AT89C51與ADC0

4、809設(shè)計一個數(shù)字電壓表，測量05V之間的直流電壓值，四位數(shù)碼顯示。2.1數(shù)字電壓表的實現(xiàn)原理 ADC0809是8位的A/D轉(zhuǎn)換器。當(dāng)輸入電壓為5.00V時，輸出的數(shù)據(jù)值為255（0FFH），因此最大分辨率為0.0196（5/255）。ADC0809具有8路模擬量輸入端口，通過3位地址輸入端能從8路中選擇一路進(jìn)行轉(zhuǎn)換。如每隔一段時間依次輪流改變3位地址輸入端的地址，就能依次對8 路輸入電壓進(jìn)行測量。LED數(shù)碼管顯示采用軟件譯碼動態(tài)顯示。通過按鍵選擇可對8路循環(huán)顯示，也可單路顯示，單路顯示可通過按鍵選擇顯示的通道數(shù)。2.2數(shù)字電壓表的設(shè)計要求可以測量05V范圍內(nèi)的3路直流電壓值。在4位LED數(shù)碼

5、管上輪流顯示各路電壓值或單路選擇顯示，其中3位LED數(shù)碼管顯示電壓值，顯示范圍為0.00V5.00V，1位LED數(shù)碼管顯示路數(shù),3路分別為0-2。要求測量的最小分辨率為0.02V。3軟件仿真電路設(shè)計3.1設(shè)計思路 多路數(shù)字電壓表應(yīng)用系統(tǒng)硬件電路由單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)碼管顯示電路和按鍵處理電路組成，由于ADC0808在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時需要有CLK信號，本試驗中ADC0808的CLK直接由外部電源提供為500kHz的方波。由于ADC0809的參考電壓VREFVCC，所以轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù)要經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，在數(shù)碼管上顯示出電壓值。實際顯示的電壓值(D/256*VREF) ADC0808采用逐次逼近法轉(zhuǎn)

6、換，把模擬電壓轉(zhuǎn)換成16進(jìn)制的D，由于是對直流電壓05V進(jìn)行采集，所以D對應(yīng)的電壓為V0 ，我們的目的就是要把V0顯示在LED顯示器上，因為單片機(jī)不好進(jìn)行小數(shù)點(diǎn)計算，所以有：V0=2*D擴(kuò)大了100倍，擴(kuò)大100倍后的結(jié)果高八位放寄存器B，低八位放寄存器A，分寄存器B為0或不為0的情況進(jìn)行存取數(shù)據(jù)，得到的結(jié)果個位放入R0，十位放入R1，通過查表使之顯示在LED顯示器。3.2仿真電路圖用Protues軟件仿真設(shè)計的電路如圖3-1所示。圖3-1 仿真電路3.3設(shè)計過程時鐘電路復(fù)位電路單片機(jī)LED顯示電路A/D轉(zhuǎn)換測量電壓輸入電路 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)采用12M晶振產(chǎn)生脈沖做AT89C51的內(nèi)

7、部時鐘信號，通過軟件設(shè)置單片機(jī)的內(nèi)部定時器T0產(chǎn)生中斷信號。利用中斷設(shè)置單片機(jī)的P2.4口取反產(chǎn)生脈沖做AT89C51的時鐘信號。通過按鍵選擇八路通道中的一路，將該路電壓送入ADC0809相應(yīng)通道，單片機(jī)軟件設(shè)置ADC0809開始A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束ADC0809的EOC端口產(chǎn)生高電平，同時將ADC0809的EO端口置為高電平，單片機(jī)將轉(zhuǎn)換后結(jié)果存到片內(nèi)RAM。系統(tǒng)調(diào)出顯示子程序，將保存結(jié)果轉(zhuǎn)化為0.00-5.00V分別保存在片內(nèi)RAM;系統(tǒng)調(diào)出顯示子程序，將轉(zhuǎn)化后數(shù)據(jù)查表，輸出到LED顯示電路，將相應(yīng)電壓顯示出來，程序進(jìn)入下一個循環(huán)3.4 AT89C51的功能介紹3.4.1簡單概述AT89C

8、51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C51是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)

9、提供了一種靈活性高且價廉的方案。外形及引腳排列如圖3-2所示。圖3-2 AT89C51芯片模型3.4.2主要功能特性(1) 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器。 (2) 32個雙向I/O口；128×8位內(nèi)部RAM 。(3) 2個16位可編程定時/計數(shù)器中斷，時鐘頻率0-24MHz。 (4) 可編程串行通道。 (5) 5個中斷源。 (6) 2個讀寫中斷口線。 (7) 低功耗的閑置和掉電模式。(8) 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。3.4.3 AT89C51的引腳介紹89C51單片機(jī)多采用40只引腳的雙列直插封裝(DIP)方式，下面分別簡單介紹。(1)電源引腳電源引腳接入單片機(jī)的工作電源。Vcc(40引腳）

10、：+5V電源。GND(20引腳)：接地。(2)時鐘引腳XTAL1(19引腳)：片內(nèi)振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生器電路的輸入端。XTAL2(20引腳)：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。圖3-3 電源接入方式(3)復(fù)位RST(9引腳)在振蕩器運(yùn)行時，有兩個機(jī)器周期（24個振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腳時，將使單片機(jī)復(fù)位，只要這個腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復(fù)位。(4)/Vpp(31引腳)為外部程序存儲器訪問允許控制端。當(dāng)它為高電平時，單片機(jī)讀片內(nèi)程序存儲器，在PC值超過0FFFH后將自動轉(zhuǎn)向外部程序存儲器。當(dāng)它為低電平時，只限定在外部程序存儲器，地址為0000HFFFFH。Vpp為該引腳的第二功能

11、，為編程電壓輸入端。(5)ALE/(30引腳)ALE為低八位地址鎖存允許信號。在系統(tǒng)擴(kuò)展時，ALE的負(fù)跳沿江P0口發(fā)出的第八位地址鎖存在外接的地址鎖存器，然后再作為數(shù)據(jù)端口。為該引腳的第二功能，在對片外存儲器編程時，此引腳為編程脈沖輸入端。(6)(29引腳)片外程序存儲器的讀選通信號。在單片機(jī)讀片外程序存儲器時，此引腳輸出脈沖的負(fù)跳沿作為讀片外程序存儲器的選通信號。(7) pin39-pin32為P0.0-P0.7輸入輸出腳，稱為P0口。P0是一個8位漏極開路型雙向I/O口。內(nèi)部不帶上拉電阻，當(dāng)外接上拉電阻時，P0口能以吸收電流的方式驅(qū)動八個LSTTL負(fù)載電路。通常在使用時外接上拉電阻，用來驅(qū)

12、動多個數(shù)碼管。 在訪問外部程序和外部數(shù)據(jù)存儲器時，P0口是分時轉(zhuǎn)換的地址(低8位)/數(shù)據(jù)總線，不需要外接上拉電阻。(8)Pin1-Pin8為P1.0-P1.7輸入輸出腳，稱為P1口，是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0口。P1口能驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載。(9)Pin21-Pin28為P2.0-P2.7輸入輸出腳，稱為P2口。P2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口能驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載。端口置1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對內(nèi)部Flash程序存儲器編程時，接收高8位地址和控制信息。在訪問外部程序和16位外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口送出高8位地址。而在訪問8位地址的外部

13、數(shù)據(jù)存儲器時其引腳上的內(nèi)容在此期間不會改變。 (10)Pin10-Pin17為P3.0-P3.7輸入輸出腳，稱為P3口。P3口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口能驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載，這8個引腳還用于專門的第二功能。端口置1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對內(nèi)部Flash程序存儲器編程時，接控制信息。3.5 ADC0809的引腳及功能介紹3.5.1芯片概述ADC0809是一種典型的A/D轉(zhuǎn)換器。它是由8位A/D轉(zhuǎn)換器，一個8路模擬量開關(guān)，8位模擬量地址鎖存譯碼器和一個三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器組成； +5V單電源供電，轉(zhuǎn)化 時間在100us左右；內(nèi)部沒有時鐘電路，故需外部提供

14、時鐘信號。芯片模型如圖3-4所示。圖3-4ADC0808芯片模型3.5.2 引腳簡介 (1) IN0IN7：8路模擬量輸入端。(2) D0D7：8位數(shù)字量輸出端口。(3) START：A/D轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端。(4) ALE：地址鎖存允許信號，高電平有效。(5) EOC：輸出允許控制信號，高電平有效。(6) OE： 輸出允許控制信號，高電平有效。(7) CLK：時鐘信號輸入端。(8)A、B、C：轉(zhuǎn)換通道地址,控制8路模擬通道的切換。A、B、C分別與地址線或數(shù)據(jù)線相連，三位編碼對應(yīng)8個通道地址端口，A、B、C=000111分別對應(yīng)IN7IN0通道的地址端口。3.5.3 ADC0809的轉(zhuǎn)換原理A

15、DC 0809 采用逐次比較的方法完成A/D轉(zhuǎn)換，由單一的+5V電源供電。片內(nèi)帶有鎖存功能的8路選1的模擬開關(guān)，由A、B、C的編碼來決定所選的通道。ADC0809完成一次轉(zhuǎn)換需100s左右，它具有輸出TTL三態(tài)鎖存緩沖器，可直接連接到AT89C51的數(shù)據(jù)總線上。通過適當(dāng)?shù)耐饨与娐?，ADC0809可對05V的模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。3.6 74LS373芯片的引腳及功能3.6.1芯片概述74LS373是一種帶有三態(tài)門的8D鎖存器，其在本設(shè)計中是鎖存P0口的低8位地址，芯片模型如圖3-5所示。圖3-5 74LS373芯片模型3.6.2引腳介紹(1) D0D7:8位數(shù)據(jù)輸入線；(2) Q0Q7:8位數(shù)據(jù)輸

16、出線(3) G:數(shù)據(jù)輸入鎖存選通信號。當(dāng)加到該引腳的信號為高電平時，外部數(shù)據(jù)選通到內(nèi)部鎖存器，負(fù)跳變時，數(shù)據(jù)鎖存到鎖存器中。(4):數(shù)據(jù)輸出允許信號，低電平有效。當(dāng)該信號為低電平時，三態(tài)門打開，鎖存器中的數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)輸出線上，當(dāng)該信號為高電平時，輸出線為高阻態(tài)。3.7 LED數(shù)碼管的控制顯示3.7.1 LED數(shù)碼管的模型LED數(shù)碼管模型如圖3-6所示。圖3-6 LED數(shù)碼管模型3.7.2 LED數(shù)碼管的接口簡介LED 的段碼端口AG和DP分別接至AT89C51的P1.0P1.7口，位選端14分別接至P2.0、P2.1、P2.2、P2.34系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計多路數(shù)字電壓表系統(tǒng)軟件程序主要有主程

17、序、A/D轉(zhuǎn)換子程序和中斷顯示程序組成。4.1 主程序如下4.1圖為程序軟件設(shè)計流程圖 其中(a)為主程序流程圖，（b）為A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖。 開始初始化調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序調(diào)用顯示子程序開始開始模數(shù)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換是否完成取得模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果并轉(zhuǎn)化為工程量顯示轉(zhuǎn)化結(jié)果結(jié)束（a）主程序流程圖（b）A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖調(diào)用延時程序圖4.1程序軟件設(shè)計流程圖 其中A/D轉(zhuǎn)換子程序是將0809轉(zhuǎn)化后的數(shù)字量，需通過轉(zhuǎn)化子程序轉(zhuǎn)化成工程量并通過查表送到P1口送給LED顯示。（1）初始化程序 給ADC0809時鐘脈沖信號，并指向0809的0通道啟動A/D轉(zhuǎn)換，通過延時等待8路采集完畢。（2）數(shù)據(jù)讀入 控制08

18、09芯片的ALE、START、EOC和OE，STRT為正脈沖時轉(zhuǎn)換開始，EOC為低電平時A/D轉(zhuǎn)化結(jié)束，OE為高電平時轉(zhuǎn)換結(jié)果送到數(shù)據(jù)線并被單片機(jī)讀入，ALE為上升沿信號地址鎖存允許 CLR P2.4 SETB P2.4 CLR P2.4 JNB P2.5,$ SETB P2.6 MOVX A,DPTR MOV ADC,A CLR P2.6（3）消抖 防抖動的時間是10ms。（4）通道轉(zhuǎn)換 當(dāng)判斷有按鍵按下后P3.2口置位即允許74373地址鎖存，DPTR加1指向下一通道。4.2 A/D轉(zhuǎn)換子程序A/D轉(zhuǎn)換子程序用于對ADC0809的4路輸入模擬電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換的數(shù)值存入4個相應(yīng)的

19、存儲單元中，A/D轉(zhuǎn)換子程序每隔一定時間調(diào)用一次，即隔一段時間對輸入電壓采樣一次，如圖4-2所示進(jìn)行十六進(jìn)制調(diào)整 開始A/D轉(zhuǎn)換調(diào)用延時存轉(zhuǎn)換后的十六進(jìn)制數(shù)數(shù)據(jù)指針加一入棧保護(hù)4路轉(zhuǎn)換次數(shù)減一顯示電壓值NY圖4-2轉(zhuǎn)換子程序流程圖 判斷是否為04.3 中斷顯示程序設(shè)計中采用中斷的方式來讀取轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)能節(jié)省CPU的資源當(dāng)系統(tǒng)設(shè)置好后，一旦數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成，便會進(jìn)入外部中斷0，然后在中斷中讀取轉(zhuǎn)換的數(shù)值，處理數(shù)據(jù)并送數(shù)碼管顯示輸出。 LED 數(shù)碼管采用軟件譯碼動態(tài)掃描的方式。在中斷程序中包含多路循環(huán)顯示程序和單路顯示程序，多路循環(huán)顯示程序把4個存儲單元的數(shù)值依次取出送到4個數(shù)碼管上顯示，每一路顯示一秒。單路顯示程序只對當(dāng)前選中的一路數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。每路數(shù)據(jù)顯示時需經(jīng)過轉(zhuǎn)換變成十進(jìn)制BCD碼，放于4個數(shù)碼管顯示緩沖區(qū)中。單路或多路循環(huán)顯示通過標(biāo)志位00H控制。在顯示控制程序中加入了對單路或多路循環(huán)按鍵的判斷。數(shù)字量送P1口取段碼地址P3.1=1？調(diào)用循環(huán)顯示程序調(diào)用單路顯示程序顯示的是第4路重新調(diào)用顯示程序NYNY圖4-3中斷顯示程序流程